第5章-电感式传感器.ppt

第5章 电感式传感器 5.1 概述 5.2 自感式传感器 5.3 差动变压器式传感器 5.4 电涡流式传感器 5.5 电感式传感器测量电路 5.6 应用 电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料） 测量头 1.工作原理 自感式传感器的工作原理演示 ? 气隙变小，电感变大，电流变小 （1）变气隙式（闭磁路）自感传感器 注意问题： 根据法拉第电磁感应原理，成块的金属置于变化的磁场中，或者在磁场中作切割磁力线运动时，金属导体内就要产生呈涡旋状的感应电流，感应电流的流线在金属导体内是闭合的，所以称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。 电磁炉的工作原理 高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底发热，烧开锅 内 食 物。 电磁炉内部的励磁线圈 高频电流线圈靠近被测金属，线圈上的高频电流所产生的高频电磁场在金属表面上产生电涡流。 线圈通入交变电流I1，在线圈的周围产生交变的磁场H1 位于该磁场中的金属导体上产生感应电动势并形成涡流I2 涡流I2也产生相应的磁场H2，H2与H1方向相反 H2的作用引起线圈等效阻抗、等效电感和品质因素等发生相应的变化。 其中，传感器线圈受电涡流效应时等效阻抗Z的函数关系式为Z=F (ρ,μ,r,f,x)，线圈等效阻抗的变化反映了金属导体的涡流效应。 如果保持上式中其它参数不变，只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的转换电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量，从而构成测量该参数的传感器。 常用的电涡流测距传感器，即是在ρ（金属电阻率），μ（金属磁导率），r（金属厚度），I（励磁电流），f（励磁频率）恒定不变时，阻抗仅是距离x的单值函数。 R1、L1为传感器线圈的电阻和电感； 短路线圈电阻为R2、电感为L2； 由于传感器线圈与金属导体之间存在磁性联系，故它们间存在互感M，互感随线圈与金属导体间距离的减小而增大。 5.5 电感式传感器的测量电路 电感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电感量的变化转换成电压（或电流）的变化。 1.电感式传感器的测量电路 （1）脉冲调宽式测量电路（参见第4章电容式传感器） （2）交流电桥电路 2.差动变压器式传感器的测量电路 （3）精密2极管检波电路 3.电涡流式传感器的测量电路 （4）调频式（参见第4章电容式传感器） （5）调幅式 （3）当铁芯向上移动同样大小的距离时，Z2=Z-ΔZ, Z1=Z+ΔZ，得： 相敏检波电路 （3）精密2极管检波电路 课本107页 图5.19 输出电压为 c.加法器 综上所述，课本图5.19，e1电压经过：A、低通滤波、整流出来的波形如图1; e2电压经过：B、低通滤波、整流出来的波形如图2， 5.6 电感式传感器的应用 电涡流传感器结构很简单，由传感器线圈和被测金属导体两部分组成。 电涡流传感器原理图 3.3.1 工作原理 1—传感器线圈；2—电涡流短路线圈 电涡流式传感器等效电路 简化模型及等效电路 根据等效电路可列出电路方程组： 解方程组，可得线圈复阻抗： 线圈的等效电感： 因此，电涡流传感器的工作原理，实际上是由于受到交变磁场作用的导体产生的电涡流起到调整线圈原来阻抗作用的结果。 为同时研究阻抗实、虚两部分，常用品质因数Q来表示。 可见：因涡流效应，等效阻抗Z的实部增大，虚部减少，即等效的品质因素Q减小。说明电涡流将消耗电能，在导体上产生热量。 品质因素：线圈质量参数Q=ωL/R，Q越大线圈损耗越小，反之损耗越大 1 1 1 图中B点的电压为： 图中A点的电压为： 输出电压： 讨论： （1）当铁芯处于中间位置时，Z1=Z2=Z，这时U0=0,电桥平衡； （2）当铁芯向下移动时，下面线圈的阻抗增加，Z2=Z+ΔZ，上面线圈的阻抗减小，Z1=Z-ΔZ得： （2）交流电桥电路 幅值为： 输出电压幅值为: （2）、（3）两种情况的输出电压大小相等，方向相反，由于E是交流电压，难以区分，所以输出电压U0在输入到指示器前必须先进行整流、滤波。 当ωL Rs时， U0= ± ① 衔铁中间位置 ② 衔铁上移 L1增大，自感电动势增加； L2减小，自感电动势减少。 正半周→E点电势高，F点低